(57)【要約】【課題】  過渡負荷要求を抑制するための電力を供給するデバイスおよびこのデバイスを含むシステムが開示される。【解決手段】  このデバイスは、過渡事象が起こるときを感知する感知回路および、負荷への電流を供給および低下するように構成される１つ以上のトランジスタを含む。このシステムは、高速の過渡電力要求に応答するように構成される第２の電力レギュレータを含み得る。この場合、第１の電力レギュレータは、負荷に電力を供給し、低速の過渡事象に応答するが、第２の電力レギュレータは高速の過渡事象のみに応答する。【選択図】  図３
2006012194.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロプロセッサへの電力のレギュレーションを行うマイクロ電子電力レギュレータであって、
第１の電力レギュレータと、
該マイクロプロセッサに分配される電力の変化率を感知するように構成される感知回路であって、信号を該第１の電力レギュレータに送るように構成され、該信号は、該マイクロプロセッサに分配される電力の該変化率を示す、感知回路と
を備える、マイクロ電子電力レギュレータ。
【請求項２】
前記感知回路は、前記マイクロプロセッサに分配される電圧の変化率を感知するように構成される、請求項１に記載のマイクロ電子電力レギュレータ。
【請求項３】
前記感知回路は、前記マイクロプロセッサに分配される電流の変化率を感知するように構成される、請求項１に記載のマイクロ電子電力レギュレータ。
【請求項４】
前記感知回路はインダクタを備え、前記電流の変化率は、該インダクタにわたる電圧降下を測定することによって決定される、請求項３に記載のマイクロ電子電力レギュレータ。
【請求項５】
前記感知回路は、信号を前記第１の電力レギュレータに伝送するように構成される増幅器を備え、該信号は、前記電力の変化率に比例する、請求項１に記載のマイクロ電子電力レギュレータ。
【請求項６】
前記感知回路は比較器を含み、該感知回路は、前記マイクロプロセッサに分配される所定の電力の変化率が超過された後、信号を前記第１の電力レギュレータに伝送するように構成される、請求項１に記載のマイクロ電子電力レギュレータ。
【請求項７】
前記感知回路に電気的に結合される第２の電力レギュレータをさらに備える、請求項１に記載のマイクロ電子電力レギュレータ。
【請求項８】
電力源と、
該電力源および負荷と結合された第１の電力レギュレータと、
該負荷と結合される第２の電力レギュレータと、
該第２の電力レギュレータと結合される感知回路であって、電力の変化率を感知し、かつ、該電力の変化率に応答して、該第２の電力レギュレータに信号を送るように構成される、感知回路と
を備える、マイクロ電子電力レギュレータシステム。
【請求項９】
前記感知回路は、前記電力の変化率に応答して、前記第１の電力レギュレータに信号を送るように、さらに構成される、請求項８に記載のマイクロ電子電力レギュレータシステム。
【請求項１０】
前記感知回路は、マイクロプロセッサに分配された電圧の変化率を感知するように構成される、請求項８に記載のマイクロ電子電力レギュレータシステム。
【請求項１１】
前記感知回路は、前記マイクロプロセッサに分配される電流の変化率を感知するように構成される、請求項８に記載のマイクロ電子電力レギュレータシステム。
【請求項１２】
前記感知回路はインダクタを備え、前記電流の変化率は、該インダクタ間の電圧降下を測定することによって決定される、請求項１１に記載のマイクロ電子電力レギュレータシステム。
【請求項１３】
電力源と、
該電力源と結合される第１の電力レギュレータと、
該電力源と結合される第２の電力レギュレータであって、該第１の電力レギュレータよりも高い周波数の電力要求に応答するように構成される、第２の電力レギュレータと、
該第２の電力レギュレータと結合される感知回路であって、電力の変化率を感知し、かつ、該電力の変化率に応答して、該第２の電力レギュレータに信号を送る、感知回路と
を備える、マイクロ電子電力レギュレータシステム。
【請求項１４】
前記第２のレギュレータは、負荷と並列に結合される、請求項１３に記載のマイクロ電子電力レギュレータシステム。
【請求項１５】
前記第２のレギュレータは、電力が前記第１のレギュレータに供給される場合、オンであるように構成され、該第１のレギュレータが該負荷によって要求される該電力を十分に供給し得ない場合のみ、電力を負荷に提供するように、さらに構成される、請求項１３に記載のマイクロ電子電力レギュレータシステム。
【請求項１６】
前記第１のレギュレータは、負荷と直列に結合される、請求項１３に記載のマイクロ電子電力レギュレータシステム。
【請求項１７】
複数の第２のレギュレータであって、該複数の第２のレギュレータの各々は、負荷の部分に電力を供給するように構成される、レギュレータをさらに備える、請求項１３に記載のマイクロ電子電力レギュレータシステム。
【請求項１８】
前記感知回路は、信号を前記負荷から受けるように構成され、該信号は、該負荷の少なくとも一部分によって必要とされる電力を示す、請求項１３に記載のマイクロ電子電力レギュレータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、マイクロエレクトロニクスのデバイスへ、レギュレーションされた電力を供給するための、適切な電力レギュレーションシステムおよびデバイスに関する。特に詳細には、本発明は、レギュレータまたはシステムに接続される負荷の電力要求に応じて、このレギュレータまたはシステムの出力を変化させることができるレギュレータおよびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
高性能マイクロプロセッサの速度が増加するにつれて、一般に、マイクロプロセッサの動作電圧は下がるが、この動作電流は一般に上がる。さらに、マイクロプロセッサの性能が向上し、動作電流が大きくなるにつれて、このマイクロプロセッサに供給される電力は、さらに過渡電力スパイク（マイクロプロセッサによって要求される電力の大きなシフト）を含む傾向にある。例えば、マイクロプロセッサが命令を実行している場合、特により速いレートで実行している場合に、厳しい電力過渡が生じがちである。これらの厳しい電流過渡は、これが正常にレギュレーションされてない場合、電力供給にノイズを生じさせ得、このノイズがマイクロプロセッサにエラーを導入し得る。
【０００３】
典型的な電力レギュレーションおよび過渡抑制システムは、高範囲の分岐デバイスを含み、このデバイスはキャパシタを含み、このキャパシタは、動的な動作中のマイクロプロセッサに瞬時電荷を供給する現行の電圧レギュレータとの組み合わせの、電力供給源とグランド間の負荷にまたがって置かれる。オンチップ分岐技術、例えば、ダイパッケージ上に集積された分岐キャパシタは、一般的に、比較的大きなチップ面積を必要とし、そしてマイクロプロセッサの信頼性を下げる傾向にある。典型的なオフチップ分岐は一般的に、電力供給リードの寄生インダクタンスのために、効果を制限させていた。さらに、従来の回路設計アプローチを用いたオンチップおよびオフチップの現行の電圧レギュレータは一般に、高速の負荷過渡に応答する帯域が不足し、そして通常、オフチップのレギュレータアプローチは、レギュレーション源と負荷間の寄生インダクタンスのために、過渡の応答において効果を制限している。
【０００４】
新規の回路設計アプローチを用いる広帯域の直列線形レギュレータは、高速の過渡に応答でき、そして従来アプローチを凌ぎ、有意義に改善されたレギュレータを提供し得る。しかしながら、そのようなレギュレータには、数点の問題が存在し得る。例えば、広帯域の直列線形レギュレータは、静的かつ動的からなる全負荷電流をレギュレーションし、この結果、広帯域の直列線形レギュレータによる大きな電力消費、電力伝送システム効率の関連低下を起こす。
【０００５】
Ｂｕｄｅｌｍａｎによる、「Ｐｏｗｅｒ  Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｅｘｃｕｒｓｉｏｎｓ」の発明名称で１９９７年５月１３日に登録された米国特許５、６２９、６０８号は、動的な電圧レギュレーションを提供する変動負荷要素を組み合わせた第２の電圧レギュレータを用いる技術を開示する。このアプローチは、高周波数の第２の電圧レギュレータを、何時有効にするかを決定するために、電圧窓基準回路（ｖｏｌｔａｇｅ  ｗｉｎｄｏｗ  ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｃｉｒｃｕｉｔ）を用いる。第２の電圧レギュレータは常に「ｏｎ」でないため、この電力レギュレータの全効率は、直列線形レギュレータの効率より高い。しかしながら、第１の電圧レギュレータが使用されている低速の応答だけの窓（ｗｉｎｄｏｗ）または「デッドゾーン（ｄｅａｄ  ｚｏｎｅ）」が、高速の過渡事象に応答するレギュレータ効果の制限を生じさせるという、このアプローチの短所のひとつが存在する。さらなる短所は、出力電圧が確立された窓範囲内にある場合に、この高速のレギュレータが不活性またはオフ状態に置かれていることである。従って、窓範囲を超える高速の過渡事象に、速やかに応答するレギュレータの効果は、感知回路応答および、不活性または「オフ状態」から、活性または「オン状態」に移るレギュレータの切り替え時間の両方によってこのように制限される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、従来の電力レギュレーションデバイスおよびシステムの問題を、克服する電圧レギュレータおよびシステムに対するニーズが存在する。特に、大電流の過渡に対して補正し、効率よく動作するレギュレータおよびシステムが所望される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（発明の要旨）
本発明は、マイクロエレクトロニクスのデバイスへの、改善した電力供給レギュレーションを提供する。特に詳細には、本発明は、過渡負荷の電力要求に効率的に応答するように構成された電力レギュレータおよびシステムを提供する。
【０００８】
本発明が現在公知の電力レギュレータの欠点を記述している方法を、以下でより詳細に説明する。しかしながら、一般に、本発明は、改善されたレギュレータおよびシステムを提供し、これらは、過渡事象を感知するように構成された感知回路およびこの感知された過渡事象に応答するように構成された１以上のレギュレータを含む。
【０００９】
本発明のある実施形態に従って、電力レギュレータ回路は、第１の電圧レギュレータ、感知回路、および負荷にすべて接続された電力供給源を含む。この実施形態のある局面に従って、この感知回路は、負荷によって必要とされかつ要求される電圧の変化率を感知するように構成される。別の局面に従って、この感知回路は、負荷によって要求される電流の変化率を感知するように構成される。
【００１０】
本発明の別の実施形態に従って、電力レギュレーションシステムは、第１の電圧レギュレータ、過渡電力条件に応答するように設計された第２のレギュレータ、第２のレギュレータに接続されている感知回路、および負荷にすべて接続された電力供給源を含む。この感知回路は、その負荷によって要求される電流の変化率または電圧の変化率を感知するように構成される。この実施形態のある局面に従って、第２の電圧レギュレータが負の過渡応答部分および正の過渡応答部分を含む。各応答部分は過渡事象を感知するために電流感知要素を含む。さらに、過渡応答部分のひとつかまたは両方は、第２レギュレータの１以上の部分の応答時間を減らすために、電流ブースト要素を含み得る。
【００１１】
本発明のさらなる別の実施形態に従って、電力レギュレーションシステムは、第１の電圧レギュレータ、第２のレギュレータ、および負荷に接続された感知回路を含む。この実施形態では、第１の電圧レギュレータは、負荷用の第１の出力電圧および第２の電圧を発生させ、この第２の電圧は、第２のレギュレータに使用されるために、第１の出力電圧より大きい電位である。この実施形態のある局面に従って、第２のレギュレータは、電荷供給要素、電荷吸収（ｓｉｎｋ）要素、感知増幅器、および電荷供給要素と電荷吸収要素を制御する回路を含む。第１レギュレータから第２のレギュレータに直接、電力を提供することは、第２のレギュレータが連続で「ｏｎ」状態でかつこれによって過渡の負荷電力要求に速やかに応答できることを可能にさせる。この実施形態の種々局面に従って、第１レギュレータは、第２のレギュレータの効率をさらに増すために、追加の出力を含み得る。
【００１２】
本発明のさらなる完全な理解は、図面との組み合わせで考慮された場合の詳細な説明および特許請求範囲を参照することによってなされ得、ただし、この図において、同様の参照数字はこの図面を通して同じ要素を示す。
【００１３】
当業者は、図の中の要素が簡素でかつ明瞭に示され、そして必ずしも拡大して描かれる必要がないことを理解する。例えば、図中の幾つかの要素の大きさは、本発明の実施形態の理解の改善を支援するために、他の要素に関連して誇張され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（例示の実施形態の詳細な説明）
本発明は、本明細書の中で、種々の機能構成要素および種々の処理工程に関して説明され得る。そのような機能構成要素は、特定機能を発揮するために構成された任意の多数のハードウエアまたは構造化要素によって、実現され得ることが理解されるべきである。例えば、本発明は、種々の電気デバイスから成る種々の集積構成要素を使用するこができ、この電気デバイスは例えば、抵抗器、トランジスタ、キャパシタ、ダイオードおよび同種のものであって、これらの値は、種々の意図した目的に対し、適切に構成され得る。さらに、本発明は、高周波数かつ低電圧の電力条件が所望される、任意の集積回路アプリケーションにおいて具現化され得る。本発明の開示を考慮して、当業者に理解され得るそのような一般のアプリケーションが詳細に説明されない。さらに、種々の構成要素は、例示の回路内で他の構成要素と適切に接合され得るかまたは接続され得るが、そのような接続および接合は、構成要素間の直接接続、またはその間に配置されている他の構成要素およびデバイスを通しての接続によって、実現され得ることが留意されるべきである。
【００１５】
本発明のある実施形態に従った、電力レギュレーション回路またはシステム１００が図１に示される。回路１００は、第１電圧レギュレータ１１０（例えば、追加のフィードバックループ１５０を有した線形またはスイッチングレギュレータ）および感知回路１２０を含み、これらは、レギュレーションされてない直流（ＤＣ）電力供給源１３０および負荷１４０に接続されている。回路１００は、負荷１４０によって要求される過渡電力スパイクを感知し、これに相当する信号をレギュレータ１１０に送るように構成され、この結果、レギュレータ１１０は動作条件を変え、そしてレギュレータ１１０は、その過渡電力要求に対抗するために、より良好に電力を負荷１４０に速やかに提供できる。
【００１６】
図１で示される実施形態に従って、感知回路１２０は、負荷１４０に供給される電圧変化率を微分し、そして負荷に供給される電圧変化率に応答して、信号を第１レギュレータ１１０に送るように構成され、この変動は過渡事象を導入した負荷によって一般的に引き起こされる。例えば、負荷１４０に対する電圧変化率が小さい場合、感知回路１２０は比較的小さい出力信号を供給するように構成され、一方、負荷電圧変化率が比較的大きい場合、感知回路１２０からの出力信号は比較的大きい。このように、第１レギュレータ１１０は、過渡事象を導入した負荷によって、この負荷に供給される電圧変化率に応答するように構成され得る。さらに、第１レギュレータは、高精度のＤＣレギュレーションのために、負荷に供給する電圧に直線的に比例する第２の感知信号を含み得る。感知回路１２０は、電圧の閾値変化率が感知された後のみに、出力信号をレギュレータ１１０に供給するようにさらに構成され得る。また、回路１２０の応答は、特定のアプリケーションに応じて変化し得る。例えば、回路１２０は、感知された電圧変化率に比例する応答を供給するように構成され得る。また別に、他の伝達関数は、回路１２０からの所望される出力信号を得るために用いられ得る。
【００１７】
レギュレータ１１０は、回路１２０からの出力信号をベースにして、負荷に供給される電流を変化させるように構成される。本発明の実施形態のある局面に従って、レギュレータ１１０が回路１２０からの受け取られた信号に応答して、所望出力値をある量または所定の値で変化させるように、感知回路１２０およびレギュレータ１１０が好ましく構成される。例えば、レギュレータ１１０の出力は、回路１２０からの受け取られた信号に応じて、ステップ関数によって変化し得る。この場合、レギュレータ１１０からの出力電圧がプリセット値より大きい値かまたは小さい値（例えば、所望の動作出力電圧の１１０％以上かまたは９０％以下）になる限りおいてのみ、レギュレータ１１０は、負荷に伝達された電流を変化するように、構成され得る。さらに、レギュレータ１１０は、回路１２０から受け取られる信号に作用される、別の所定の伝達関数（例えば、回路１１０からの出力信号は、回路１２０からの出力信号に比例し得る）をベースにして、出力電圧を変化させるように構成され得る。この場合、閾値電圧のレート変化が回路１２０で感知された後のみ、レギュレータ１１０が所望の出力を変化させるかまたは変換するように、レギュレータ１１０および／または回路１２０が構成され得る。
【００１８】
この実施形態のさらなる別の局面に従って、レギュレータ１１０が、特定の量の時間の間、過渡レギュレーションモードのもとで動作した後、レギュレータ１１０は正規のレギュレーションモードに戻るように、レギュレータ１１０および／または回路１２０が構成され得る（例えば、回路１２０からの出力信号は、レギュレータ１１０が固定時間の間、電流を負荷に伝達するというレートの変化を初期化し得る）。
【００１９】
本発明の別の実施形態に従った電力レギュレーション回路２００が図２に示される。回路２００は、第１の電圧レギュレータ２１０（追加のフィードバックループ２５０を有した）および感知回路２２０を含み、そしてこれらは、電力供給源２３０および負荷２４０に接続される。レギュレータ２１０、電力供給源２３０、および負荷２４０は、レギュレータ１１０、供給源１２０、および負荷１４０と類似の方法で構成され、そして動作し得る。
【００２０】
感知回路２２０は負荷に供給される電流を微分し、そして例えば、過渡事象を導入した負荷によって引き起こされる負荷変動に要求される電流の変化率に比例する信号を、第１のレギュレータに供給することを除いて、回路２００は回路１００に類似する。第１のレギュレータ２１０は、過渡事象を導入した負荷によって供給される電流の変化率に関連して応答するように構成される。
【００２１】
この実施形態のある局面に従って、感知回路２２０はインダクタを含み、そして負荷２４０に供給した電流の変化率は、インダクタ間電圧降下（例えば、レギュレータ２１０および負荷２４０の物理的接続の寄生インダクタンスは、適切なインダクタンス感知要素を形成し得、この結果、このインダクタンス間に感知された電圧は、負荷によって要求される電流の変化率に比例する）を計測することによって得られる。しかしながら、電流の変化率を出力信号に変換できる任意の適切なデバイスは本発明に用いられ得る。この実施形態のさらなる局面に従って、回路２００はこのインダクタに結合された比較器を含み得、この結果、このインダクタ間電圧降下が所定値に一致するかまたは超える場合に、感知回路２２０がレギュレータ２１０に出力信号を供給するだけである。
【００２２】
本発明のさらに別の実施形態に従った回路３００が図３に示される。回路３００は、第１の電圧レギュレータ３１０（点線ライン３６０で明示された追加のフィードバックループを有した）、第２のレギュレータ３２０、および感知回路３３０を含み、そしてここにおいて第１のレギュレータ３１０、感知回路３３０、およびレギュレータ３１０、３２０は、電力源３４０および負荷３５０に接続される。
【００２３】
第１のレギュレータ３１０は、負荷によって要求されるＤＣおよび低周波数の電流を伝達するように設計され、一方、第２のレギュレータは、負荷によって要求される高周波数の電流を供給するように設計される。特定の例を通して、第１のレギュレータ３１０は、電力を直流から約１００ＫＨｚ〜約１０ＭＨｚの範囲の周波数で、レギュレーションされるように構成され得、そして第２のレギュレータ３２０は、低速側の約１００ＫＨｚ〜約１０ＭＨｚと高速側の約１０ＧＨｚまでの範囲の周波数で、電力をレギュレーションされるように構成され得る。
【００２４】
レギュレータ３１０および３２０は、レギュレータ１１０および２１０と同じような方法で構成されかつ動作し得る。例えば、レギュレータ３１０および３２０は、回路３３０から受けた信号をベースにした出力電圧を供給するように構成され得る。さらに、レギュレータ３１０および３２０は、回路３３０から供給された信号をベースを基に、１つの信号で動作し、そして「ターンオン（ｔｕｒｎｅｄ  ｏｎ）」または「ターンオフ（ｔｕｒｎｅｄ  ｏｆｆ）」になるように構成され得る。レギュレータ３１０および３２０のいずれかかまたは両方は、任意の所与時間でオンまたはオフ状態になり得る。
【００２５】
第２のレギュレータ３２０は、過渡事象（例えば、１００ＫＨｚから約１０ＭＨｚまでの周波数で起こる事象）を導入した負荷によって、負荷に供給される電圧変化率に関連して応答するように設計される。この実施形態のある局面に従って、点線ライン３７０で示されるように、第１のレギュレータ３１０は、レギュレータ３１０が過渡事象に応答することを有効させるために、感知回路出力をもまた受ける。さらに、第１のレギュレータは、ＤＣレギュレーションを促すために、負荷に供給される電圧に直接比例する第２の感知信号を含み得る。
【００２６】
図３に示されように、回路３００は、第１のレギュレータ３１０が第２のレギュレータ３２０を駆動するように設計され得る。しかしながら、発明の他の実施形態に従って、供給源３４０などの他の電力源が第２のレギュレータ３２０を駆動し得る。
【００２７】
感知回路３３０は、図１に示されるように、感知回路１２０と同じものでも良いし、そして同じ方法で動作し得る。この場合に、回路３３０は、負荷に供給される電圧を微分し、そして通常、過渡事象を導入した負荷によって引き起こされる、負荷３５０に供給される電圧の感知された変化率に応答する、第２のレギュレータ３２０への信号を供給する。さらに、回路３３０は、所定の電圧のレート変化が感知された後のみに、出力信号を供給するように構成され得、そして任意の適切な伝達関数を用いて動作し得る。
【００２８】
本発明の例示の実施形態に従った別の回路４００が図４に示される。回路４００は、第１の電圧レギュレータ４１０、第２のレギュレータ４２０、および感知回路４３０を含み、そしてこれらは供給源４４０および負荷４５０に接続される。第１の電圧レギュレータ４１０は、レギュレータ３１０と同じようなものでも良い。感知回路４３０は負荷に供給された電流を微分し、これによって、過渡事象を導入した負荷によって引き起こされた負荷変動によって要求される電流変化率に比例した信号を、第２のレギュレータに供給する。感知回路４３０は、回路２２０と類似の方法で構成されかつ動作し得る。従って、第２のレギュレータは、過渡事象を導入した負荷によって、負荷に供給される電流変化率に関連して応答するように設計され得る。この実施形態のある局面に従って、第１のレギュレータはまた、点線ラインの４７０によって明示されるように、感知回路出力を受け、この結果、レギュレータ４１０を過渡事象に応答するように促す。レギュレータ４１０および４２０は、レギュレータ３１０および３２０と同じような方法で構成されかつ動作し得る。
【００２９】
図５は、本発明の別の実施形態に従った別の回路５００を示す。回路５００は、第１の電圧レギュレータ５１０および第２の電圧レギュレータ５２０を含み、これらは電力供給源５０５および負荷５５０に接続される。第１の電圧レギュレータ５１０は、第１のレギュレータ１１０−４１０の組み合わせで上述したように、レギュレーションされてないＤＣ電圧をレギュレーションされたＤＣ電圧（Ｖｏｕｔ）に変換する。
【００３０】
この実施形態に従って、第２の電圧レギュレータ５２０は、負の過渡応答部分５３０および正の過渡応答部分５４０から成る。例示の負の過渡応答部分５３０は、基準電流供給源５３２、出力トランジスタ５３４、電流感知デバイス５３６、および増幅器５３８を含み、一方、正の過渡応答部分５４０は、基準電流供給源５４２、出力トランジスタ５４４、電流感知デバイス５４６、および増幅器５４８を含む。増幅器５３８および５４８は出力電流を生成するように構成され、そしてこの出力電流は、基準電流（ソース５３２または５４２から）および感知電流（デバイス５３６または５４６）との差に関係する。この出力電流は、動的負荷条件の下での負荷電圧のレギュレーションを改善するのに用いられる。動作中、第１の電圧レギュレータ５１０は、レギュレータ５１０の帯域内の低周波数の過渡に応答するに充分な電力に加え、大部分の定常電力を負荷５５０に供給し、従って、このことが負かつ正の過渡レギュレータ５３０および５４０により消費される電力を軽減する。
【００３１】
図６は、二次レギュレータ６２０を含む例示的なシステム６００を詳細に示す。この実施形態に従って、二次レギュレータ６２０は、負の過渡応答部６３０および正の過渡応答部６４０をさらに含む。負の過渡応答部６３０は、出力トランジスタ６３２、センストランジスタ６３４、増幅器６３６、および電流基準回路６３８を含み、電流基準回路６３８は、それぞれ抵抗値Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３を有するレジスタ６３５、６３７、および６３９と、基準電圧Ｖｒｅｆ１を有する電圧基準６３３とを含む。
【００３２】
負の過渡レギュレータ６３０の動作中（例えば、高周波数の負の過渡イベントが発生する場合）に、レジスタ６３７および６３９は、ほぼＶｒｅｆ１＊Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）に等しい電圧Ｖｘ１を確立する。電流（Ｉバイアス１）は、ほぼ（Ｖｒｅｆ１−Ｖｘ１）／Ｒ１であるレジスタ６３５にわたって確立される。増幅器６３６の非現実性を無視すると、電流Ｉバイアス１は、トランジスタ６３４のコレクタに伝達される。この場合、増幅器６３６は、トランジスタ６３４のコレクタ電流が、名目上Ｉバイアス１であり、一次電圧レギュレータ６１０によって負荷５５０に供給された電圧（Ｖｏｕｔ）から独立するようにトランジスタ６３４の静止動作点を確立する。
【００３３】
本発明の別の局面によると、トランジスタ６３２のエミッタ領域が、トランジスタ６３４のエミッタ領域よりもＮ倍大きいように、トランジスタ６３２は、トランジスタ６３４のエミッタ領域に対してエミッタ領域が適切に調整される。例えば、Ｎは１００〜１０００の倍率（ｆａｃｔｏｒ）に調整されてもよいし、トランジスタ６３２がシステム６００の動作の全ての倍率で実質的に調整されることを容易にするように適切に構成された任意の他の倍率であってもよい。トランジスタ６３２の静止電流は、Ｎ＊Ｉバイアス１にほぼ等しく、一次電圧レギュレータ６１０によって負荷５５０に供給されたＶｏｕｔから名目上独立している。この態様の負の過渡レギュレータ６２０では、トランジスタ６３２は、常に「オン」であり、負の電流過渡イベントへの高速応答を可能にする。効率を増加または最大化するために、トランジスタ６３２のスタンバイ電流（Ｎ＊Ｉバイアス１）値は、負の過渡応答部６３０によってロード５５０に伝達された過渡電流の少ない割合になるように適切に選択される。
【００３４】
負の過渡応答部６３０の閉じたループの帯域幅の範囲内にある、負荷電圧Ｖｏｕｔの動的な変動は、トランジスタ６３２の電流がスタンバイレベルに保持され、制御が一次電圧レギュレータ６１０によって実行されるように、増幅器６３６によってトラッキングされる。負荷５５０の電圧Ｖｏｕｔの負の進行（ｇｏｉｎｇ）動的変動（増幅器６３６の帯域幅を超える負荷によって要求された電流の急激な増加による変動等）は、トランジスタ６３２によって制御される。増幅器６３６によって確立されたトランジスタ６３２の基本電圧がこの条件下でＶｏｕｔの過渡変動より遅れるために、動的制御が達成される。トランジスタ６３２によって負荷５５０に供給された出力電流は、トランジスタ６３２のベースエミッタ電圧の動的な変化に指数関数的に関連付けられる。従って、この動的条件下の電源６００の電圧降下が低減され得る。
【００３５】
増幅器６３６の帯域幅が、一次電圧レギュレータ６１０の動的な応答、高周波数電圧制御の所望の程度、および全体の電源送達システム６００の効率等のファクタに基づいて選択される。さらに、６３６の帯域幅は、二次電圧レギュレータ６２０の素子（例えば、負の過渡応答部６２０）の動作に対する所望の時間に基づいて選択され得る。トランジスタ６３２のコレクタをバイアスする電源電圧（Ｖｃｃ）は、図６に示されるように制御されていないＤＣ電源５０５から直接供給されるか、または一次電圧レギュレータ６１０のＶｏｕｔに対して著しく緩和された許容差を有し得る別の電源として供給され得る。
【００３６】
負荷５５０によって要求された電流の急速な減少のために負荷５５０の電圧Ｖｏｕｔの正の動的変動の制御が、負の応答部６３０と接続して上述と同様の態様で正の過渡応答部６４０を用いて補償される。正の過渡応答部６４０は、出力トランジスタ６４２、センストランジスタ６４４、増幅器６４６、および電流基準回路６４８を含む。電流基準回路６４８は、抵抗値Ｒ４、Ｒ５、およびＲ６をそれぞれ有するレジスタ６４５、６４７、および６４９と、Ｖｒｅｆ２の電圧を有する電圧基準６４３とを含む。
【００３７】
正の過渡応答部６４０の動作中では、レジスタ６４９および６４７は、ほぼＶｒｅｆ２＊Ｒ５／（Ｒ５＋Ｒ６）に等しい電圧Ｖｘ２を確立する。約（Ｖｘ２）／Ｒ４である電流（Ｉバイアス２）が、レジスタ６４５にわたって確立される。実際の増幅器６４６を想定すると、電流Ｉバイアス２は、トランジスタ６４４のコレクタに伝達される。６４４のコレクタ電流が名目上Ｉバイアス２であり、一次電圧レギュレータ６１０によって負荷５５０に供給された電圧（Ｖｏｕｔ）から独立しているように、増幅器６４６は、トランジスタ６４６の静止動作点を確立する。
【００３８】
負の過渡応答部６３０のトランジスタ６３２に関して上述されたように、トランジスタ６４２は、トランジスタ６４２のエミッタ領域がトランジスタ６４４のエミッタ領域よりもＫ倍大きいように、トランジスタ６４４のエミッタ領域に対してエミッタ領域が適切に調整され得る。例えば、Ｋは１００〜１０００の倍率に調整されてもよいし、トランジスタ６４２が全ての倍率で実質的に調整されることを容易にするように適切に構成された任意の他の倍率であってもよい。トランジスタ６４２の静止電流は、Ｋ＊Ｉバイアス２にほぼ等しく、一次電圧レギュレータ６１０によって負荷５５０に供給されたＶｏｕｔから名目上独立している。この態様の負の過渡レギュレータ６４０では、トランジスタ６４２は、常に「オン」であり、過渡イベントへの高速応答を可能にする。トランジスタ６４２のスタンバイ電流（Ｋ＊Ｉバイアス２）値は、効率を増大するために、トランジスタ６４２によって、負荷５５０に伝達された過渡電流の小さい部分であるように選択される。
【００３９】
負の過渡応答部６４０の閉じたループの帯域幅の範囲内にある、負荷電圧Ｖｏｕｔの動的な変動は、トランジスタ６４２の電流がスタンバイレベルに保持され、制御が一次電圧レギュレータ６１０によって実行されるように、増幅器６４６によってトラッキングされる。負荷によって要求された電流の急速な増加のために、増幅器６４６の帯域幅を超えるＶｏｕｔの正の進行動的変動は、トランジスタ６４２によって制御される。増幅器６４６によって確立されたトランジスタ６４２の基本電圧が、この条件下でＶｏｕｔの過渡変動より遅れるために、動的制御が達成される。バイポーラトランジスタを含むトランジスタ６４２に対して、トランジスタ６４２によって、負荷から流れる出力電流は、トランジスタ６４２のベースエミッタ電圧の動的な変化に指数関数的に関連付けられる。すなわち、
【００４０】
【数１】
2006012194.tif 000003
ここで、ｋ１およびＶｔは定数であり、ＩＥはトランジスタ６４２のエミッタ電流であり、Ｖｂｅはトランジスタ６４２のベース−エミッタ電圧である。従って、この動的条件下において電源の電圧ピークが低減される。増幅器６４２の帯域幅は、一次電圧レギュレータ６１０の動的応答、二次電圧レギュレータ素子（例えば、正の過渡レギュレータ６４０、所望の程度の高周波数電圧制御、および出力送達システム６００の効率性）のようなファクタに基づいて選択される。図６を参照して説明されたように、出力トランジスタ６３２および６４２は、出力電流を提供するための任意のトランジスタ構成を含み得る。例えば、図７を参照して、二次電圧レギュレータ７１０は、負の過渡応答部７３０の出力トランジスタおよび電流トランジスタとしてバイポーラトランジスタ７３２および７３４を含み得るが、出力トランジスタ７４２および電流トランジスタ７４４は、正の過渡部７４０のためのＰ−チャンネルＭＯＳデバイスである。さらに、図８に示されるように、二次レギュレータ８２０の正の過渡応答部８４０の出力トランジスタ８４２および電流トランジスタ８４４は、Ｐ−チャンネルＭＯＳデバイスを含み得るが、負の過渡応答部８３０の出力トランジスタ８３２および電流トランジスタ８３４は、Ｎ−チャンネルＭＯＳデバイスを含み得る。他の変動および組み合わせが本発明の種々の他の実施形態によって企図されることが留意される。
【００４１】
他の例示の実施形態において、正および/または負の過渡の応答部分は、ブースト回路を用いて最適にインプリメントされ、過渡の負荷に応じて全体的なレギュレターの促進を容易にし得る。図９は、本明細書中に記載されるように二次レギュレターに使用するのに適した、負の応答部分９００を示す。部分９００は、入力トランスコンダクタンスステージ９２０（Ｇｍ１）および出力増幅ステージ９３０を含む増幅器９１０を含む。補正キャパシタ９４０は、安定した動作のために増幅器９１０に周波数補正を提供するように含まれる。さらに、部分９００は、ブーストキャパシタ９５２を含む過渡のブースト回路９５０を含み、φ１およびφ２を変換し、感知回路９６０は、比較器／スイッチドライバ９６２および閾値電圧基準９６４を含む。
【００４２】
動作中、スイッチφ１は、最初に閉じられ、スイッチφ２は、従って、供給電圧Ｖｃｃに対して荷電キャパシタ９５２が解放される。第１の負荷の過渡事象中、Ｒ１の抵抗値を有するレジスタ９７０にわたって生成された電圧降下が、所定のトリップ電圧（Ｖｒｅｆ１−Ｖｔｈ）に感知され、比較される。負荷電流の過渡事象が、過剰のトリップ電圧（Ｖｒｅｆ１−Ｖｔｈ）だけレジスタ９７０間の降下を引き起こすと、感知回路部９６０は、スイッチφ１を開いて、スイッチφ２を閉じ、それにより、追加の格納された電荷を提供して、キャパシタ９４０にわたって電圧を高める。このキャパシタ９４０は、従って、ゲインＡ（例えば、統一ゲイン）を有する出力増幅器によって緩和され、それにより、過渡の負荷事象にレギュレターの応答時間を減少し、従って、過渡電圧レギュレーションの精度を改良する。
【００４３】
過渡負荷を示す波形およびレギュレター波形を図１０に示す。この実施形態の別の局面に関して、ブーストキャパシタ９５２の効率を増加するためには、例えば、スイッチφ１が閉から開へおよびスイッチφ２が開から閉へそれぞれ一度だけ変化するように、感知回路部９５０は、単発のリセットとして振る舞う。このリセットは、閾値電圧Ｖｔｈが最初に交差したときに生じて、スイッチφ１およびφ２が、時間間隔が第１の負荷の過渡事象の期待された間隔よりも長く選択されたｔｒｅｓｅｔ−ｔｅｖｅｎｔに等しくなった後に、このリセットにおいて、スイッチφ１およびφ２が最初にリセットされる。
【００４４】
さらに、感知回路部９６０の比較器／スイッチドライバは、二状態の出力またはエラー比例信号のいずれかを生成するように構成され得る。二状態の出力またはエラー比例信号のどちらかは、一次電圧レギュレター５１０に提供されて、一次的な性能を改良する。さらに、負の過渡抑制部分９００で記載されるブースト回路が正の過渡応答部分に容易に拡張され得ることが記されるべきである。まださらに、上記のブースト回路部が過渡抑制部分の１つのみ、または二次のレギュレターの正負両方の過渡抑制部分において使用され得ることが記されるべきである。
【００４５】
さらに、上述の例示の実施形態において、負の過渡抑制部分および正の過渡抑制部分は、一次の電圧レギュレターと組み合わせて使用され得、または、各過渡レギュレターは、一次の電圧レギュレターと共に使用され得る。例えば、負の過渡抑制部分および一次の電圧レギュレターを含む構成はまた、正の過渡抑制部分を含むことを必要としない。他の組み合わせはまた、本発明において本明細書中で考察される。
【００４６】
図１１〜２０は、本発明の別の実施形態による電力レギュレーションシステムおよびシステムの動作を示す。図１１〜２０に示されるシステムは、前述されるシステム（図１１〜２０に示されるシステムは、システムの効率を増すための少なくとも１つの追加の電圧出力を有する一次の電圧レギュレターを含むことを除く）に類似する。
【００４７】
本発明の例示の実施形態によるシステム１０００は、図１１に示される。システム１１００は、一次の電圧レギュレター１１１０および二次のレギュレター１１２０を含む。一次の電圧レギュレターは、ソース１１３０からレギュレーションされたＤＣ電圧（一次の出力電圧）へレギュレーションされていないＤＣ電圧を変換する。レギュレーションされたＤＣ電圧は、負荷素子１１４０によって使用するために利用できる。さらに、一次の電圧レギュレターは、ノード１１１５における二次ＤＣ電圧を生成する。ノード１１１５は、二次電圧レギュレター１１２０によって使用するためのノード１１１７における一次の出力電圧よりも大きい電圧である。二次出力電圧の精度およびレギュレーションの質の必要性は、一次の出力電圧の必要性に関係して顕著に緩和され得る。二次のレギュレター１１２０は、第１の過渡負荷にレギュレーションするか、または応答するように設計される。第１の過渡負荷は、一次の電圧レギュレター１１１０のレギュレーション容量を越える。本実施形態において、二次の電圧レギュレター１１２０は、Ｉブースト１の出力電流を有する電荷ソーシング（ｓｏｕｒｃｉｎｇ）素子１１５０、Ｉブースト２の出力電流を有する電荷シンキング素子１１６０、感知増幅器１１７０、電荷ソーシング素子を制御するための回路１１８０、および電荷シンキング素子を制御するための回路１１９０を含む。
【００４８】
示される実施形態に従って、感知増幅器１１７０は、負荷１１４０において、または負荷１１４０の近位において、電流の変化の割合を感知して、出力信号を生成する。出力信号の規模は、負荷電流の変化の第２の割合（例えば、信号は、変化の感知された割合に比例し得る）に依存する。それによって、二次レギュレターは、一次の電圧レギュレターによってレギュレーションされ得る負荷の過渡事象と、二次レギュレターを必要とする過渡事象との間を区別して、最大の全体的なシステムレギュレーションの効果および効率のために応答することが可能になる。回路１１８０および１１９０は、感知増幅器１１７０の出力をソース１１５０および１１６０の制御にそれぞれ適した信号に変換する。回路１１８０および１１９０は、増幅器１１７０から受信した信号を変換し、対応する信号を出力する任意の適した回路になり得る。さらに、回路１１８０が動作しているとき、回路１１９０は使用不可能になり得、回路１１９０がシステム１１００の効率性を増すように動作するとき、回路１１８０は使用負荷になり得る。感知増幅器１１７０の出力（ＰＲ＿Ｃｏｎｔｒｏｌ１１１９）はまた、一次の電圧レギュレター１１１０に後戻りされ、一次の電圧レギュレターの過渡応答を支援し得る（例えば、感知増幅器ＰＲ＿Ｃｏｎｔｒｏｌ信号は、レギュレター１１１０が感知ダイナミックロード事象に応答する限界を決定し得る）。さらに、感知増幅器１１７０は、電圧感知入力を含み得る。電圧感知入力を用いて、負荷に応じて二次のレギュレター１１２０にさらに一致し得る。例えば、電圧感知入力を用いて、二次レギュレター１１２０の出力電流が負荷過渡に関係して不釣合いに応答するかどうかを決定し、それによって、フィードバック制御を介する電圧の任意の結果として生じるオーバーブースティング（ｏｖｅｒ−ｂｏｏｓｔｉｎｇ）またはアンダーブースティング（ｕｎｄｅｒ−ｂｏｏｓｔｉｎｇ）を少なくとも減少し得る。さらに、回路１１８０および１１９０は、負荷素子１１４０によって提供される信号によって直接駆動され得る。負荷素子１１４０は、二次のレギュレターを必要とするダイナミック電流において変化を示し、負荷１１４０に供給された電圧のレギュレーションの目的に応答する。
【００４９】
図１２は、第２の調整要素１１２０がない場合のシステム１１００の典型的な電流波形を示す。この電流波形は、調整システムの動作を説明するように機能する。まず、負荷電流（Ｉ＿Ｌｏａｄ）が、第１の電圧調整器１１１０が要求された電荷を即座に供給できないような速度で、時刻ｔ０の開始時に、急激に、低電流状態（Ｉ＿ｌｏｗ）から高電流状態（Ｉ＿ｈｉｇｈ）に遷移する状況を考える。ダイナミック電荷が、一時的に、負荷１１４０の近位である容量性格納要素によって、負荷に提供されるので、負荷要素における電圧（Ｖ＿Ｌｏａｄ）は、急激に、望ましい公称電圧（Ｖ＿ｎｏｍ）から望ましくない電圧（Ｖ＿ｎｏｍ−Ｖ＿ｓｐｉｋｅ）に遷移する。Ｖ＿ｓｐｉｋｅの大きさは、局所的な容量性要素のサイズおよび非理想的な性質と、局所的なキャパシタと負荷との間の寄生インダクタンスとに関連する。時刻ｔ１とｔ２との間で、局所的な容量性格納要素は、負荷によって要求される最大量の電荷を供給することができず、その結果、負荷電圧（Ｖ＿Ｌｏａｄ）が低下する。次いで、第１の調整器１１１０は、時刻ｔ２で応答し、要求された負荷電流の増加に応答し始める。時刻ｔ３において、ここで、第１の調整器１１１０の出力電流は、負荷１１４０によって要求される電流を満たし、最終的には、負荷１１４０に供給される電圧（Ｖ＿Ｌｏａｄ）は、所望の公称電圧（Ｖ＿ｎｏｍ）に戻る。
【００５０】
負荷電流（Ｉ＿Ｌｏａｄ）が、第１の電圧調整器１１１０が、負荷電流の変化に即座に応答できないような速度で、時刻ｔ４の開始時に、急激に、高電流（Ｉ＿ｈｉｇｈ）から低電流（Ｉ＿ｌｏｗ）へ遷移すると、ダイナミック負荷電荷が、負荷の近位である容量性格納要素によって一時的に吸収されるので、負荷要素の電圧（Ｖ＿Ｌｏａｄ）は、急激に、望ましい公称電圧（Ｖ＿ｎｏｍ）から望ましくない電圧（Ｖ＿ｎｏｍ＋Ｖ＿ｓｐｉｋｅ）に遷移する。時刻ｔ５とｔ６の間では、容量性格納要素は、負荷によってもはや要求されない、第１の調整器が提供する電荷を吸収し、その結果、負荷電圧（Ｖ＿Ｌｏａｄ）は望ましくない上昇をする。その後、第１の調整器は、固有の応答時刻制限に起因して時刻ｔ６で応答し、要求された負荷電流の減少に応答し始める。時刻ｔ７において、ここで、第１の調整器の出力電流は、負荷によって要求される電流に一致し、負荷要素に供給される電圧（Ｖ＿Ｌｏａｄ）は、所望の公称電圧（Ｖ＿ｎｏｍ）に戻る。
【００５１】
図１３は、本発明の１実施形態によるシステム１１００の典型的な電流波形を示す。この電流波形は、改良された調整システムの動作をさらに説明するように機能する。まず、負荷電流（Ｉ＿Ｌｏａｄ）が、第１の電圧調整器１１１０が要求された電荷を即座に供給できないような速度で、時刻ｔ０の開始時に、急激に、低電流状態（Ｉ＿ｌｏｗ）から高電流状態（Ｉ＿ｈｉｇｈ）に遷移する状況を考える。次いで、第２の調整器１１２０は、図１３のＩ＿ＳＲ波形に示されるように、時刻ｔ１で応答し、（例えば、Ｉブースト１  １１５０および回路１１８０を用いて）負荷電流の要求された増加を急激に提供する。第２の調整器１１２０は、好ましくは、時刻ｔ０とｔ１との間の時間を最小にするように設計されている。第２の調整器１１２０がダイナミック電荷を負荷へ急激に供給することによって、負荷１１４０に供給される電圧（Ｖ＿Ｌｏａｄ）のダイナミック調整精度が大幅に改良される。その結果、ダイナミック摂動は、Ｖ＿ｎｏｍ−Ｖ＿ｒｅｇまで低下する。ここで、Ｖ＿ｒｅｇと図１２のＶ＿ｓｐｉｋｅとの関係は、Ｖ＿ｒｅｇ＜＜Ｖ＿ｓｐｉｋｅである。第２の調整器１１２０は、第１の電圧調整器１１１０が応答し得る時刻（時刻ｔ２で開始する）まで、要求された負荷電流を提供し続け、それにより、所望の公称負荷電圧（Ｖ＿ｎｏｍ）を維持する。示される実施形態によれば、時刻ｔ２とｔ３との間の遷移期間の間では、第２の調整器１１２０の出力電流の応答は、最大調整精度（すなわち、第１の調整器１１１０によって提供される電流（Ｉ＿ＰＲ）と、第２の調整器１１２０によって提供される電流（Ｉ＿ＳＲ）との和が、負荷要素１１４０の電流（Ｉ＿Ｌｏａｄ）にほぼ等しい）に対して、第１の調整器１１１０の電流（Ｉ＿ＰＲ）の応答にほぼ逆に一致するように設計されている。全体の効率は、第２の調整器１１２０の出力電流の保持時間（ｔ２−ｔ１）と、遷移時間（ｔ３−ｔ２）とが最小になった際に、最大となる。さらに、遷移時間（ｔ３−ｔ２）は、ダイナミック負荷要素の電流の大きさの関数であり得る（例えば、遷移時間（ｔ３−ｔ２）は、ダイナミック負荷要素の電流の大きさ（Ｉ＿ｈｉｇｈ−Ｉ＿ｌｏｗ）に比例する絶対時間を有する一定の傾きであり得る）。調整システム１１００全体の効率は、第２の調整器の応答が、もはや第１の調整器の応答にほぼ一致しないように、第２の調整器の遷移応答を加速させることによって、調整精度を容易にやり取りできる。時刻ｔ３において、第２の調整器回路は、調整を要する次の負荷遷移イベントに応答し得るようにリセットされる。
【００５２】
負荷電流（Ｉ＿Ｌｏａｄ）が、第１の電圧調整器１１１０が負荷電流の変化に即座に応答できないような速度で、時刻ｔ４の開始時に、急激に、高電流（Ｉ＿ｈｉｇｈ）から低電流（Ｉ＿ｌｏｗ）に遷移すると、第２の調整器１１２０は、図１３のＩ＿ＳＲ波形に示されるように、時刻ｔ５で応答し、（例えば、ソース１１６０および回路１１９０を用いて）負荷電流の変化を急激に低下させる。第２の調整器１１２０は、好ましくは、時刻ｔ４とｔ５との間の時間を最小にするように設計されている。第２の調整器１１２０は、第１の電圧調整器１１１０が応答し得る時刻（時刻ｔ６で生じる）まで電流を低下し続ける。時刻ｔ６とｔ７との間の遷移期間の間では、第２の調整器１１２０の出力電流の応答は、最大調整精度（すなわち、第１の調整器１１１０によって提供される電流（Ｉ＿ＰＲ）と、第２の調整器１１２０によって提供される電流（Ｉ＿ＳＲ）との和が、負荷要素１１４０の電流（Ｉ＿Ｌｏａｄ）にほぼ等しい）に対して、第１の調整器の電流（Ｉ＿ＰＲ）の応答にほぼ逆に一致するように設計されている。全体の効率は、第２の調整器の出力電流の保持時間（ｔ６−ｔ５）と、遷移時間（ｔ７−ｔ６）とが最小になった際に、最大となる。さらに、遷移時間（ｔ７−ｔ６）は、ダイナミック負荷要素の電流の大きさの関数であり得る（例えば、遷移時間（ｔ７−ｔ６）は、ダイナミック負荷要素の電流の大きさ（Ｉ＿ｌｏｗ−Ｉ＿ｈｉｇｈ）に比例する絶対時間を有する一定の傾きであり得る）。時刻ｔ７において、第２の調整器回路は、調整を要する次の負荷遷移イベントに応答し得るようにリセットされる。
【００５３】
本質的に、第２の調整器１１２０の機能は、負荷の高速遷移電流要件を満たすこと、および、第１の電圧調整器１１１０の調整能力を超える初期負荷遷移イベントを、第１の電圧調整器の調整能力内の遷移プロファイルに変換することを含む。
【００５４】
システム１１００は、第２の調整器１１２０が、複数の平行なチャネルに分かれて、最適遷移電流の負荷への供給を容易にするように構成され得る（例えば、調整器１１２０は、各々が負荷によって要求される総遷移電荷の１／ｋを供給するｋ個の平行チャネルを含み得る）。この場合、各チャネルは、電力を負荷の一部に供給するように構成され得る（例えば、各チャネルは、電力をマイクロプロセッサ上の異なる位置へ供給する）か、または、各調整器は、電力の一部を負荷の単一の部分または位置へ供給するように構成され得る。さらに、第２の調整器１１２０の複数のチャネル構成は、コモンセンス増幅器１１７０を共有するように構成され得る。あるいは、システム１１００は、第２の調整器１１２０が、複数のパーティションに分けられ、各パーティションが、そのパーティションと負荷との間の物理的距離に基づいて最適化され得るように構成され得る（例えば、負荷が単一のモノリシック集積回路であり、第２の調整器が、負荷集積回路の近位に配置されたモノリシック回路（単数または複数）からなる第１のパーティションと、負荷集積回路上に直接集積されたモノリシック回路（単数または複数）からなる第２のパーティションとに分けられる場合である）。
【００５５】
図１４は、本発明の別の実施形態によるシステム１４００を示す。この実施形態において、第２の調整器は、Ｉブースト１ｂの電流を有するさらなる電荷吸い込み要素１４１０と、Ｉブースト１ａの電流を有する電荷供給要素１４２０とを含む。このさらなる電荷吸い込み要素１４１０は、電荷供給要素１４２０と協働して制御され、図１１に示されるデバイス１１５０と同じであるか、または、同様であり得る。この実施形態によれば、第１の電圧調整器１４３０は、第２の電圧調整器１４４０によって用いられる、接地１１１３よりも低電位である第３のＤＣ電圧１１１１を生成する。第３の出力電圧の精度および調整品質要件は、第１の出力電圧の要件に比べて大幅に緩和され得る。より効率的な負荷遷移イベントの抑制を目的として、Ｉブースト１ａの応答に一致するように設計されたＩブースト１ｂを有する、この実施形態の動作は、基本的にシステム１１１０と同じである。
【００５６】
図１５は、本発明によるシステム１５００をより詳細に示す。このシステム１５００は、システム１１００と類似か、または同じであり得、従って、第２の電圧レギュレータ１５２０は、出力トランジスタ１５２２、感知トランジスタ１５２４、増幅器１５２６、ならびに、それぞれＲ１、Ｒ２およびＲ３の抵抗値を有する抵抗器１５２８、１５３０、１５３２、およびＶｒｅｆ１の出力電圧を有する電圧基準１５３４を含む電流基準回路を備える。抵抗器１５３０および１５３２は、Ｖｒｅｆ１＊Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）とほぼ等しい電圧Ｖｘ１を設定する。電流（Ｉｂｉａｓ１）は、ほぼ（Ｖｒｅｆ１−Ｖｘ１）／Ｒ１である抵抗器１５２８にわたって設定される。増幅器１５２６の非理想的な性質（ｎｏｎ−ｉｄｅａｌｉｔｉｅｓ）を無視して、電流Ｉｂｉａｓ１は、トランジスタ１５２４のコレクタに送達される。増幅器１５２６は、トランジスタ１５２４の静止（ｑｕｉｅｓｃｅｎｔ）動作点を設定し、トランジスタ１５２４のコレクタ電流が、名目上、Ｉｂｉａｓ１であり、第１の電圧レギュレータ１５１０によって負荷１５４０に供給されるＶｏｕｔに依存しないようにする。トランジスタ１５２２は、エミッタ領域において、トランジスタ１５２４のエミッタ領域に関連して拡大され、１５２２のエミッタ領域がトランジスタ１５２４のエミッタ領域よりもｎ倍大きくなるようにされる。トランジスタ１５２２の静止電流は、ｎ＊Ｉｂｉａｓ１とほぼ等しく、レギュレータ１５１０によって負荷に供給されるＶｏｕｔに、名目上、依存しない。このようにして、出力トランジスタ１５２２を含む回路は、過渡事象に対する迅速な応答に関して、常に、「オン」の状態である。トランジスタ１５２２の予備電流（ｎ＊Ｉｂｉａｓ１）の値は、第２のレギュレータ１５２２によって負荷１５４０に送達される過渡電流の小さい部分になるように選択されて、効率を最大化する。さらに、増幅器１５２６の帯域幅は、増幅器１５２６の電流制御ループが高速の過渡負荷事象に応答しないように十分に低く選択される。
【００５７】
第２のレギュレータ１５２０は、さらに、感知増幅器１５３６、ブーストトランジスタ１５３８、ダイオード１５４０および１５４２、Ｉブースト１の出力電流を有する制御される電流供給源１５４３、ならびに電流供給源を制御する回路１５４４を備える。最初に、Ｉブースト１はゼロであり、ダイオード１５４０および１５４２は電流を流さず、トランジスタ１５３８は逆バイアスがかけられ、かつ電流を流さない。感知増幅器１５３６は、負荷点１５４６にて感知し、大きさが、負荷電流の変化率に比例するか、または、そうでない場合、負荷電流の変化率に関連する出力信号を生成する。これによって、第２のレギュレータ１５２０が、第１の電圧レギュレータ１５１０によってレギュレーションされ得る負荷過渡事象と、システム１５００全体のレギュレーションが最大に有効および効率的であるように応答する第２のレギュレータ１５２０を必要とする過渡事象とを区別することを可能にする。低値から高値への電流の負荷過渡に関して、回路１５４４は、感知増幅器１５３６出力を、ソース１５４３を制御するために適切な信号に変換する。この信号は、ゼロまたはゼロに近い状態から、活性または「オン」状態に変調される。ソース１５４３からの電流に応答して、ダイオード１５４０および１５４２は電流を流し、トランジスタ１５３８は、順方向にバイアスされ、電流を流し、トランジスタ１５２２は、Ｉブースト１、ならびにトランジスタ１５３８、ダイオード１５４０、ダイオード１５４２およびトランジスタ１５２２のエミッタ領域比に比例して電流を流す。トランジスタ１５２２は、その後、活性電荷供給素子になり、負荷電流における要求を満たすように応答する。電荷は、その後、第２の出力電圧ノード１１１５から第１の電圧ノード１５５０に急速に移動される。電流プロファイルの観点からいえば、回路の動作は、図１３に示される動作と類似である。
【００５８】
例示的な第２のレギュレータは、さらに、ブーストトランジスタ１５２２および１５５４、Ｉｂｉａｓ２の出力電流を有するＤＣバイアス電流供給源１５５３、ならびに電流供給源を制御して正の過渡事象に応答する回路１５５８を備える。最初に、Ｉブースト２はゼロであり、トランジスタ１５５２および１５５４は「オン」であり、Ｉｂｉａｓ２単独でバイアスされる。トランジスタ１５５２は、１５５４のエミッタ領域に関連してエミッタ領域において拡大され、トランジスタ１５５２のエミッタ領域が、トランジスタ１５５４の領域のエミッタ領域よりもＮ倍大きくなるようにされる。トランジスタ１５５２の静止電流は、Ｎ＊Ｉｂｉａｓ２とほぼ等しく、レギュレータ１５１０によって負荷１５４０に供給される電圧に、名目上、依存する。高値から低値への電流の負荷過渡については、回路１５５９は、感知増幅器１５３６出力を、ソース１５５６を制御するために適切な信号に変換する。この信号は、ゼロまたはゼロに近い状態から、活性または「オン」状態に変調される。トランジスタ１５５４は、その後、トランジスタ１５５２を駆動して、Ｎ倍のＩブースト２に比例して電流を流す。トランジスタ１５５２は、その後、活性電荷吸収素子になり、負荷電流における過渡変化に適合するように応答する。電流プロファイルの観点からいえば、回路の動作は、前に図１３に示されたものと類似であり、第２のレギュレータ１４２０は、実質的に、第１の電圧レギュレータ１５１０のレギュレーション能力を超える初期負荷過渡事象を、第１の電圧レギュレータのレギュレーション能力内の過渡プロファイルに変換する。
【００５９】
本発明のさらなる実施形態が、図１６に示される。図１５の素子に加えて、図１６の実施形態は、ダイオード１６０２および１６０４、ならびにＲ４の抵抗値を有する抵抗器１６０６を付加する。最初に、Ｉブースト２はゼロであり、ダイオード１６０２および１６０４ならびにトランジスタ１５５２および１５５４は「オン」であり、Ｉｂｉａｓ２単独でバイアスされる。トランジスタ１５５２、１５５４およびダイオード１６０２および１６０４は、エミッタ領域において拡大され、１５５２の静止電流は、Ｎ＊Ｉｂｉａｓ２（ただし、Ｎ＞＞１）とほぼ等しく、レギュレータ１５１０によって負荷に供給される電圧に、名目上、依存しない。高値から低値への電流の負荷過渡については、回路１５５８は、感知増幅器１５３６出力を、Ｉブースト２を制御するために適切な信号に変換する。この信号は、ゼロまたはゼロに近い状態から、活性または「オン」状態に変調される。トランジスタ１５５４ならびにダイオード１６０２および１６０４は、その後、トランジスタ１５５２を駆動し、Ｎ倍のＩブースト２に比例して電流を流す。トランジスタ１５５２は、その後、活性電荷吸収素子になり、負荷電流における過渡変化に適合するように応答する。電流プロファイルの観点からいえば、電流の動作は、システム１１００の動作と類似であり、第２のレギュレータ１６２０は、第１の電圧レギュレータ１５１０のレギュレーション能力を超える初期負荷過渡事象を、第１の電圧レギュレータのレギュレーション能力内である過渡プロファイルに変換する。
【００６０】
ＮＰＮおよび／またはＰＮＰトランジスタおよびダイオードが図示されるが、ＮＭＯＳおよびＰＭＯＳトランジスタおよびダイオードといった、ＭＯＳトランジスタならびにダイオードが、システム１５００および１６００によって用いられ得る。
【００６１】
別の例示の実施形態によるシステム１７００が、図１７に示される。システム１７００は、システム１６００と類似であるが、低値から高値への負荷過渡事象に応答するシステム１６００の回路が、高値から低値への過渡レギュレータのＰＮＰ等価値物で置換されることを除く。
【００６２】
別の例示の実施形態によるシステム１８００が、図１８に示される。システム１８００は、システム１６００と類似であるが、低値から高値への負荷過渡事象に応答するシステム１６００の回路が、高値から低値への過渡レギュレータの等価物で置換されることを除く。低値から高値への負荷過渡回路の基本動作は、以下のとおりである。最初に、ソース１８０２（Ｉブースト１）からの電流出力はゼロであり、ダイオード１８０４および１８０６ならびにトランジスタ１８０８および１８１０は「オン」であり、Ｉｂｉａｓ１単独でバイアスされる。トランジスタ１８０８、１８１０ならびにダイオード１８０４および１８０６は、エミッタ領域において拡大され、抵抗器１８０９に沿って、トランジスタ１８０８の静止電流がｎ＊Ｉｂｉａｓ１（ただし、ｎ＞＞１）とほぼ等しく、レギュレータ１５１０によって負荷に供給される電圧に、名目上、依存しないようにされる。高値から低値への電流の負荷過渡については、回路１８１２は、感知増幅器１５３６出力を、Ｉブースト１を制御するために適切な信号に変換する。この信号は、ゼロまたはゼロに近い状態から、活性または「オン」状態に変調される。トランジスタ１８１０ならびにダイオード１８０４および１８０６は、その後、トランジスタ１８０８を駆動して、ｎ倍のＩブースト１に比例して電流を流す。残りの回路は、システム１６００と同じ態様で動作する。
【００６３】
別の例示の実施形態によるシステム１９００が、図１９に示される。システム１９００は、システム１８００と類似である。システム１９００としての低値から高値への負荷過渡回路の動作は、以下のとおりである。最初に、Ｉブースト１はゼロであり、ダイオード１９０２および１９０４ならびにトランジスタ１９０８は「オフ」である。トランジスタ１９０６およびダイオード１９１０は、Ｉｂｉａｓ１単独でバイアスされる。トランジスタ１９０６およびダイオード１９１０は、エミッタ領域において拡大され、レジスタ１９１２に沿って、トランジスタ１９０６の静止電流は、ｎ＊Ｉｂｉａｓ１（ただしｎ＞＞１）とほぼ等しく、レギュレータ１５１０によって負荷に供給される電圧に、名目上、依存しない。高値から低値への電流の負荷過渡については、回路１９１２は、感知増幅器１５３６出力を、Ｉブースト１を制御するために適切な信号に変換する。この信号は、ゼロまたはゼロに近い状態から活性または「オン」状態に変調する。トランジスタ１９０８ならびにダイオード１９０２および１９０４は、その後、トランジスタ１９０６を駆動し、ｎ倍のＩブースト１に比例して電流を流す。
【００６４】
システム１９００の高値から低値への過渡回路の動作は、以下のように実行される。最初に、ソース１９９２からのＩブースト２はゼロであり、ダイオード１９２４および１９２６ならびにトランジスタ１９３０は「オフ」である。トランジスタ１９２８およびダイオード１９３２は、Ｉｂｉａｓ２単独でバイアスされる。トランジスタ１９２８およびダイオード１９３２は、エミッタ領域において拡大され抵抗器１９３４に沿って、トランジスタ１９２８の静止電流は、ｎ＊Ｉｂｉａｓ１（ただしｎ＞＞１）とほぼ等しく、レギュレータ１５１０によって負荷に供給される電圧に、名目上、依存しない。高値から低値への電流の負荷過渡については、回路１９３６は、感知増幅器１５３６出力を、Ｉブースト２を制御するために適切な信号に変換する。この信号は、ゼロまたはゼロに近い状態から活性または「オン」状態に変調する。トランジスタ１９２８ならびにダイオード１９２４および１９２６は、その後、トランジスタ１９２８を駆動し、Ｎ倍のＩブースト２に比例して電流を流す。
【００６５】
別の例示の実施形態によるシステム２０００が、図２０に示される。システム２０００は、システム１９００と類似であるが、システム２０００が、第１の電圧レギュレータ２０１０からトランジスタ２００２に供給される第３の出力電圧２００５を含むことを除く。この電圧は、第１の電圧レギュレータ１５１０によって提供される第２の電圧よりも低い電位であり得る。第３の出力電圧は、第２のレギュレータ２０２０のさらなる効率の最適化を可能にする。
【００６６】
本発明は、これまで、種々の例示の実施形態を参照して説明されてきた。しかしながら、当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、例示の実施形態に変更および改変がなされ得ることを理解する。例えば、種々の構成要素は、例えば、トランスコンダクタンス増幅器の他の構成を提供することによる、といった代替的方法で、例えば、ＰＮＰトランジスタまたはバイポーラの実施形態以外の構成を用いてインプリメントされ得る。さらに、感知回路は、負荷に近いか、またはグラウンドに近いインダクタンスを感知するように構成され得るが、感知回路は、負荷回路間および／または負荷回路上のいずれかの場所の寄生インダクタンスを感知するように構成され得る。これらの代替案は、特定の用途に依存してか、または、システムの動作に関連する多数のファクタを考慮して適切に選択され得る。さらに、これら、および他の変更または改変が、本発明の範囲内に含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】図１は、本発明に従った電圧感知回路を含む電力レギュレーションシステムの概念図である。
【図２】図２は、本発明に従った電流感知回路を含む電力レギュレーションシステムの概念図である。
【図３】図３は、本発明に従った電圧感知回路および第２のレギュレータを含む電力レギュレーションシステムの概念図である。
【図４】図４は、本発明に従った電流感知回路および第２のレギュレータを含む電力レギュレーションシステムの概念図である。
【図５】図５は、本発明の別の実施形態に従った第２のレギュレータを含む電力レギュレーションシステムの概念図である。
【図６】図６は、本発明の別の実施形態に従った第２のレギュレータを含む電力レギュレーションシステムの概念図である。
【図７】図７は、本発明のさらに別の実施形態に従った第２のレギュレータを含む電力レギュレーションシステムの概念図である。
【図８】図８は、本発明のさらに別の実施形態に従った第２のレギュレータを含む電力レギュレーションシステムの概念図である。
【図９】図９は、本発明に従った第２のレギュレータの部分概念図である。
【図１０】図１０は、図９で示された例示システムの負荷過渡およびレギュレータ波形を示す。
【図１１】図１１は電力レギュレーションシステムを示し、そしてこの中で第１の電圧レギュレータは、本発明の別の実施形態に従った第２のレギュレータの用途のための第２の出力信号を含む。
【図１２】図１２は、負荷過渡および第１のレギュレータのレギュレータ波形を示す。
【図１３】図１３は、本発明の実施形態に従った電力レギュレーションシステムの負荷過渡およびレギュレータ波形を示す。
【図１４】図１４は、第２のレギュレータの用途のための多数の電力レギュレータ出力を含む電力レギュレーションシステムの種々の実施形態を示す。
【図１５】図１５は、第２のレギュレータの用途のための多数の電力レギュレータ出力を含む電力レギュレーションシステムの種々の実施形態を示す。
【図１６】図１６は、第２のレギュレータの用途のための多数の電力レギュレータ出力を含む電力レギュレーションシステムの種々の実施形態を示す。
【図１７】図１７は、第２のレギュレータの用途のための多数の電力レギュレータ出力を含む電力レギュレーションシステムの種々の実施形態を示す。
【図１８】図１８は、第２のレギュレータの用途のための多数の電力レギュレータ出力を含む電力レギュレーションシステムの種々の実施形態を示す。
【図１９】図１９は、第２のレギュレータの用途のための多数の電力レギュレータ出力を含む電力レギュレーションシステムの種々の実施形態を示す。
【図２０】図２０は、第２のレギュレータの用途のための多数の電力レギュレータ出力を含む電力レギュレーションシステムの種々の実施形態を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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